作者：鄭永春 科普中國特聘專家、中國科學(xué)院國家天文臺研究員
剛剛得到消息，著名物理學(xué)家、宇宙學(xué)家霍金博士今日逝世，享年76歲。
斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），1942年1月8日出生于英國牛津，英國劍橋大學(xué)著名物理學(xué)家，現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一、20世紀(jì)享有國際盛譽(yù)的偉人之一。
2017年10月，我曾經(jīng)在央視CCTV 2的未來架構(gòu)師節(jié)目上，與霍金連線，對話人類如何脫離地球，飛向太空。如今他終于實(shí)現(xiàn)了自己的夢想，他的靈魂已經(jīng)離開了地球表面，走向他一生追求的宇宙。
一個(gè)曾經(jīng)影響了全世界幾代人的科學(xué)家去世了。
祝福他在天堂不再有病痛的折磨。
祝福他在天上都好！
有人問，霍金為什么沒有獲得諾貝爾獎？我的回答是，科學(xué)家不是為了諾獎做科研的，因?yàn)榻^大多數(shù)不可能有機(jī)會得到諾獎，雖然沒有獲得諾獎，但霍金比絕大多數(shù)諾獎得主對世界的影響更大，他影響到了我們每一個(gè)人。霍金是科學(xué)家熱心科普的典范和榜樣。
本文2016年首發(fā)于科普中國融合創(chuàng)作平臺
北京時(shí)間2016年4月13日8點(diǎn)零8分，著名天體物理學(xué)家史蒂芬·霍金在紐約發(fā)布了一條微博，宣布將啟動一個(gè)超級科研項(xiàng)目：建造一個(gè)激光推進(jìn)的微型星際飛行器，預(yù)計(jì)最快用20年抵達(dá)離太陽系最近的恒星系統(tǒng)——半人馬座阿爾法星（Alpha Centauri）。
說到這個(gè)半人馬座阿爾法星，好多人不明覺厲，其實(shí)就是我們常說的比鄰星，中國古代也稱為南門二，到地球的距離約為4.2光年，是距離我們最近的一個(gè)恒星系統(tǒng)。所以很多科幻電影或科幻小說中提到星際旅行的時(shí)候就往往以此作為一個(gè)例子。劉慈欣的科幻小說《三體》中也提到了半人馬座阿爾法星。
比鄰星位于半人馬座（Centaurus），是半人馬座α三合星中的第三顆星，按照拜耳命名法也稱為半人馬座α星C，是距離太陽最近的一顆恒星（4.2光年），恒星分類屬于紅矮星。
現(xiàn)在的高精度天文觀測發(fā)現(xiàn)，比鄰星實(shí)際上處于一個(gè)三星系統(tǒng)中。
這個(gè)計(jì)劃太激動人心了，聽著就讓人心潮澎湃。
然而，實(shí)際上，這是一項(xiàng)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，在理論上是可行的，但在工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，是一項(xiàng)大膽的冒險(xiǎn)計(jì)劃，成功的可能與失敗的風(fēng)險(xiǎn)并存。
“突破攝星（Breakthrough Starshot）”計(jì)劃由美國宇航局（NASA）艾姆斯研究中心前總監(jiān)沃爾登帶領(lǐng)。背后的金主是俄羅斯互聯(lián)網(wǎng)投資人尤里·米爾納。除霍金外、Facebook創(chuàng)始人馬克·扎克伯格也參與了該計(jì)劃的監(jiān)督委員會。目前，該計(jì)劃已經(jīng)獲得高達(dá)1億美元的經(jīng)費(fèi)支持。
俄羅斯人尤里·米爾納（Yuri Milner）掌管著一家風(fēng)險(xiǎn)投資基金公司DST（數(shù)字天空科技），其所投資的公司中已經(jīng)出現(xiàn)了兩家千億美元級公司（阿里巴巴和Facebook）和數(shù)家百億級公司（京東、Twitter等），從這些互聯(lián)網(wǎng)巨頭身上賺了上百億美元。短短幾年，米爾納成為了世界上最有名的投資人。但不為人知的是，米爾納擁有粒子天體物理的博士學(xué)位。他的辦公室里就有一架望遠(yuǎn)鏡，隨時(shí)可以觀測星空。
前幾年，米爾納曾牽頭成立了獎金300萬美元的科學(xué)突破獎，旨在獎勵生命科學(xué)、基礎(chǔ)物理和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的杰出人才，而諾貝爾獎的獎金才100多萬美元。
2015年，米爾納更是拿出1億美元資助地外文明搜尋計(jì)劃（SETI），邀請宇宙大爆炸理論主要貢獻(xiàn)者之一的史蒂芬·霍金、地外文明搜尋計(jì)劃創(chuàng)始人弗蘭克·德瑞克（Frank Drake）、系外行星發(fā)現(xiàn)者杰弗里·馬西（GeoffreyMarcy）組成陣容豪華的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，目的只為尋找外星人。地外文明搜尋計(jì)劃主要通過租用大型射電望遠(yuǎn)鏡，監(jiān)測宇宙中的無線電波，分析其中是否存在地外智慧生命發(fā)射的信號。雖然該計(jì)劃已經(jīng)堅(jiān)持了幾十年，但由于大型望遠(yuǎn)鏡租金昂貴，每年只能租到二三十個(gè)小時(shí)的觀測時(shí)間，一直進(jìn)展緩慢。今后，在米爾納的資助下，地外文明搜尋計(jì)劃將長期租用位于西弗吉尼亞州的綠岸望遠(yuǎn)鏡和澳大利亞新南威爾斯州的帕克斯望遠(yuǎn)鏡，這兩架世界上數(shù)一數(shù)二的射電望遠(yuǎn)鏡每年都將有幾個(gè)月的時(shí)間用來尋找外星人。
[FS:PAGE]“突破攝星”計(jì)劃中提出的“納米飛行器”，可以在短短幾分鐘內(nèi)加速到光速的五分之一，即每秒鐘飛行六萬公里。相比之下，迄今為止人類歷史上飛行速度最快的航天器——“新視野號”在飛越木星加速后的峰值速度也僅每秒鐘飛行20公里（每小時(shí)7.5萬公里），以這一速度飛到冥王星就用了10年時(shí)間，如果以這一速度飛到比鄰星，則至少需要一萬四千年以上，顯然是人類很難接受的。
因此，米爾納和霍金希望研制速度為光速五分之一的“納米飛行器”，在二三十年內(nèi)就可以飛越4光年以上的距離，主要目的是希望快速抵達(dá)離我們最近的另一個(gè)恒星系統(tǒng)，去探索那顆恒星周圍的行星，在帶去人類信息的同時(shí)，也把那里的信息帶回地球。
“納米飛行器”主要由兩部分構(gòu)成：計(jì)算機(jī)芯片大小的“星芯片”和不過幾百個(gè)原子那么厚的“太陽帆”。其中，僅有數(shù)克重的星芯片上攜帶著攝影、導(dǎo)航和通訊等設(shè)備。
按照計(jì)劃，科學(xué)家需要先在地球上建造大規(guī)模的地基激光發(fā)射器，然后發(fā)射一個(gè)航天器，將數(shù)千個(gè)“納米飛行器”帶入太空。“納米飛行器”進(jìn)入太空后張開光帆，地面上的激光發(fā)射器聚焦激光束，發(fā)射強(qiáng)大能量的激光，把激光打在光帆上，提供“納米飛行器”飛行的動力。
這一方案從理論上是可行的，但至少在目前，還沒有能力制造出飛行速度達(dá)五分之一光速的飛行器。
所謂太陽帆，是靠太陽光的光壓推動帆面，進(jìn)而提供推力的結(jié)構(gòu)。由于太陽光的光壓很微小，星際旅行所需的太陽帆面積要非常龐大，而且要先把太陽帆折疊起來，用火箭把它帶入太空，然后在太空中展開。太空中沒有任何空氣阻力存在，依靠這種微弱推力能為足夠大面積的太陽帆提供10e^-55～10e^-3g左右的加速度。為了保證航向的正確，還需要調(diào)整帆面張開的角度和方向。
“突破攝星”這個(gè)史無前例的大膽設(shè)想面臨的挑戰(zhàn)也是十分巨大的。
難點(diǎn)之一，激光推進(jìn)需要在地面建設(shè)強(qiáng)大激光源，不斷地跟蹤、照射飛行器，但激光源從遙遠(yuǎn)距離怎樣才能一直瞄準(zhǔn)這么小的“納米飛行器”？
難點(diǎn)之二，由于光的能量與距離平方成反比，隨著飛行器離地球越來越遠(yuǎn)，激光所能提供的動能也會迅速衰減。
難點(diǎn)之三，即便“納米飛行器”真的飛到了比鄰星，如何把信息傳回來也是一個(gè)巨大的困難。現(xiàn)在航天器上都有一個(gè)外形像鍋一樣的天線，向地球方向發(fā)射無線電波，然后被地球上的大天線接收，但這種方法顯然不適用于“納米飛行器”。因此需要一種全新的通信體制，既輕便，又能避免能量的快速衰減，否則信號將無法傳遞到地球。
盡管有眾多明星為“突破攝星”計(jì)劃站臺，包括大名鼎鼎的霍金坐鎮(zhèn)，但是，霍金和這些明星們卻不會直接參與項(xiàng)目中的具體研究。霍金在該項(xiàng)目中主要是作為有公眾影響力的科學(xué)家，扮演著“突破攝星”計(jì)劃“科學(xué)代言人”的角色。米爾納2015年投資1億美元支持的地外文明搜尋計(jì)劃，同樣邀請霍金加入科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，目的和操作手段基本相似。
雖然在我們看來，米爾納、霍金現(xiàn)在的計(jì)劃更像是在燒錢，但成功的科學(xué)家和投資者有共同的特質(zhì)，那就是既需要有一往無前的勇氣，也需要嚴(yán)細(xì)慎實(shí)的精神。好奇是人類的天性，科學(xué)是被好奇心驅(qū)動的。我們有理由期待，畢竟，對未知世界的探索，總是處于人類創(chuàng)新的前沿。